[发明专利]一种基于位置指纹的卫星集群分级定位方法

说明书

本发明提出一种基于位置指纹的卫星集群分级定位方法，所述方法首先以较大的参考点间隔计算稀疏Radio Map，以使得其占用较小的存储空间，实现对成员星的粗定位；再以粗定位结果为中心，确定精定位区域，并对精定位区域进行精细的参考点划分，根据当前时刻计算精定位区域的Radio Map，对成员星进行精定位，以得到成员星最终的定位结果。该方法能够以增加在线计算时间来减小存储空间，并减小时间偏移对定位精度的影响。所述方法能够减小时间偏移对定位精度的影响同时极大地减小存储空间，能够更好地运用于实际工程中。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，特别是涉及一种基于位置指纹的卫星集群分级定位方法。

背景技术

卫星集群是指由多个卫星组成的一个分布式卫星系统。其中，选取一颗或若干颗卫星作为基准星，其余卫星为成员星。基准星沿着预设的轨道飞行，成员星跟随基准星进行伴飞。作为一种分布式卫星系统，在卫星集群中，卫星之间保持着一个相对稳定的分布，卫星之间通过星间链路，实现信息交互，从而使得卫星之间相互协作，能够共同完成一个或多个任务。相比于大卫星的设计周期长、成本高等缺点，小卫星具有集成度高、设计周期短、成本低等优点，因此小卫星有着不可替代的优势。

传统的卫星集群自主定位主要针对两个卫星或小规模卫星集群。随着航天任务的任务需求的不断发展，卫星集群成员数量不断增多，体积进一步减小，功能趋向专一化，因此需要研究一种快速、低成本的，并具有集群自主性的定位导航技术。基于位置指纹的定位方法是一种较为成熟的定位方法，指纹定位系统具有成本低、结构简单的特点，因此将指纹定位方法扩展至卫星集群定位中，能够有效减小研制成本，并对卫星集群的协同控制以及卫星技术的发展具有重要意义。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种基于位置指纹的卫星集群分级定位方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于位置指纹的卫星集群分级定位方法，所述方法分为三个阶段：构建坐标系阶段、离线阶段和在线阶段；在构建坐标系阶段建立LVLH坐标系和基准星本体坐标系；在离线阶段，由地面计算出稀疏Radio Map，并储存在成员星中；在线阶段分为三个子阶段：成员星粗定位阶段、指纹库在线计算阶段和成员星精定位阶段；在成员星粗定位阶段，成员星根据当前时刻和稀疏Radio Map选取最近时刻的RSS矩阵，并结合实时获取到的RSS向量进行粗定位；在指纹库在线计算阶段，成员星根据粗定位结果计算稠密Radio Map；在成员星精定位阶段，成员星根据实时获取到的RSS向量和计算出的稠密Radio Map进行精定位，得到成员星的最终估计位置。

进一步地，所述构建坐标系阶段具体为：

在卫星集群中基准星的数量为4，其余卫星为成员星，基准星成对进行绕飞，绕飞的中心称为“中心星”，中心星为一虚拟的点，实际上并不是卫星；成员星则在基准星附近进行伴飞；

LVLH坐标系原点O_L位于卫星集群中的“中心星”，坐标轴之间满足右手定则；O_LX_L轴方向为中心星运动的切线方向，O_LY_L轴由中心星指向地球质心，O_LZ_L轴垂直于X_LY_L平面；

基准星本体坐标系原点O_B位于基准星的质心，坐标轴方向与基准星姿态有关；O_BX_B轴为天线方向图0度方向，O_BY_B轴为天线方向图90度方向，O_BZ_B轴垂直于X_BY_B平面，O_BX_B轴和O_BY_B轴满足右手定则；并且需要对4个基准星都建立对应的基准星本体坐标系。

进一步地，所述离线阶段具体步骤为：